一种通过udp进行无确认ip的双向的通信

udp是一种不可靠的通信，但是有些时候还是会有使用。今天分享一个示例：主体逻辑，一个端口广播地址，接收到ip地址数据后，其他端口基于这个ip进行bind绑定，最后通信，这样可以保证我们后续继续增加端口交互时候不需要关注ip地址绑定的问题。

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主要原理介绍

低通信频率端口进行服务端IP信息udp广播，接收端是不固定IP监听，监听主机任意IP地址的特定端口

接收到广播通道的ip地址后，与特定IP、port建立tcp或者udp双向高频率通信。

下图是基于 UDP 的 Socket 函数调用过程：

只有接收的时候需要bind ip和端口

socket 监听所有ip 特定端口代码:

#define?PORT?6000
bzero(&adr_inet,?sizeof(adr_inet));
adr_inet.sin_family?=?AF_INET;
adr_inet.sin_addr.s_addr?=?htonl(INADDR_ANY);
adr_inet.sin_port?=?htons(port);
ret?=?bind(cfd,?(struct?sockaddr?*)&addr,?sizeof(addr));

socket绑定的ip为INADDR_ANY 的说明:

socket INADDR_ANY 监听0.0.0.0地址 socket只绑定端口让路由表决定传到哪个ip

其中INADDR_ANY就是指定地址为0.0.0.0的地址,这个地址事实上表示不确定地址,或“所有地址”、“任意地址”。
如果指定ip地址为通配地址(INADDR_ANY)，那么内核将等到套接字已连接(TCP)或已在套接字上发出数据报时才选择一个本地IP地址。
一般情况下，如果你要建立网络服务器，则你要通知服务器操作系统：请在某地址 xxx.xxx.xxx.xxx上的某端口 yyyy上进行侦听，并且把侦听到的数据包发送给我。这个过程，你是通过bind（）系统调用完成的。——也就是说，你的程序要绑定服务器的某地址，或者说：把服务器的某地址上的某端口占为已用。服务器操作系统可以给你这个指定的地址，也可以不给你。

如果你的服务器有多个网卡，而你的服务（不管是在udp端口上侦听，还是在tcp端口上侦听），出于某种原因：可能是你的服务器操作系统可能随时增减IP地址，也有可能是为了省去确定服务器上有什么网络端口（网卡）的麻烦 —— 可以要在调用bind()的时候，告诉操作系统：“我需要在 yyyy 端口上侦听，所以发送到服务器的这个端口，不管是哪个网卡/哪个IP地址接收到的数据，都是我处理的。”这时候，服务器则在0.0.0.0这个地址上进行侦听。无论连接哪个ip都可以连上的,只要是往这个端口发送的所有ip都能连上。

示例代码：

data_send.c 在端口9001进行ip地址的udp广播以及读取终端数据广播到7000端口

#include?<stdio.h>
#include?<stdlib.h>
#include?<unistd.h>
#include?<string.h>
#include?<netinet/in.h>
#include?<arpa/inet.h>
#include?<sys/socket.h>
#include?<sys/types.h>
#include?<errno.h>
#include?<pthread.h>
#include?<signal.h>

#define?IP?"127.0.0.1"
#define?PORT?6000
#define?DATA_PORT?9001

//?gcc?data_send.c?-o?data_send?-pthread

int?cfd?=?-1;
//接收线程函数
void?*receive(void?*pth_arg)
{
????int?ret?=?0;
????char?name_data[3]?=?{0};
????struct?sockaddr_in?addr0?=?{0};
????int?addr0_size?=?sizeof(addr0);
????//从对端ip和端口号中接收消息，指定addr0用于存放消息
????while?(1)
????{
????????bzero(name_data,?sizeof(name_data));
????????ret?=?recvfrom(cfd,?name_data,?sizeof(name_data),?0,?(struct?sockaddr?*)&addr0,?&addr0_size);
????????if?(-1?==?ret)
????????{
????????????fprintf(stderr,?"%d,?%s?:%s",?__LINE__,?"recv?failed",?strerror(errno));
????????????exit(-1);
????????}
????????else?if?(ret?>?0)
????????{
????????????printf("nname?=?%s?",?name_data);?//打印对方的消息和端口号
????????????printf("ip?%s,port?%d?n",?inet_ntoa(addr0.sin_addr),?ntohs(addr0.sin_port));
????????}
????}
}
void?*data_send(void?*pth_arg)
{
????int?ret?=?0;
????char?data[]?=?"IP?address";
????struct?sockaddr_in?addr0?=?{0};
????addr0.sin_family?=?AF_INET;????????????//设置tcp协议族
????addr0.sin_port?=?htons(DATA_PORT);??????????//设置端口号
????addr0.sin_addr.s_addr?=?htonl(INADDR_ANY);?//设置ip地址
????//发送消息
????while?(1)
????{
????????ret?=?sendto(cfd,?(void?*)data,?sizeof(data),?0,?(struct?sockaddr?*)&addr0,?sizeof(addr0));
????????sleep(1);
????????if?(-1?==?ret)
????????{
????????????fprintf(stderr,?"%d,?%s?:%s",?__LINE__,?"sendto?failed",?strerror(errno));
????????????exit(-1);
????????}
????}
}

int?main()
{
????int?ret?=?-1;
????//创建tcp/ip协议族，指定通信方式为无链接不可靠的通信
????cfd?=?socket(AF_INET,?SOCK_DGRAM,?0);
????if?(-1?==?cfd)
????{
????????fprintf(stderr,?"%d,?%s?:%s",?__LINE__,?"socket?failed",?strerror(errno));
????????exit(-1);
????}

????//进行端口号和ip的绑定
????struct?sockaddr_in?addr;
????addr.sin_family?=?AF_INET;???//设置tcp协议族
????addr.sin_port?=?htons(PORT);?//设置端口号
????addr.sin_addr.s_addr?=?inet_addr(IP);?//设置ip地址
????ret?=?bind(cfd,?(struct?sockaddr?*)&addr,?sizeof(addr));

????if?(-1?==?ret)
????{
????????fprintf(stderr,?"%d,?%s?:%s",?__LINE__,?"bind?failed",?strerror(errno));
????????exit(-1);
????}

????//创建线程函数，用于处理数据接收
????pthread_t?id,data_send_id;
????ret?=?pthread_create(&id,?NULL,?receive,?NULL);
????if?(-1?==?ret)
????{
????????fprintf(stderr,?"%d,?%s?:%s",?__LINE__,?"pthread_create?failed",?strerror(errno));
????????exit(-1);
????}
????//?pthread_join(id,NULL);
????ret?=?pthread_create(&data_send_id,?NULL,?data_send,?NULL);
????if?(-1?==?ret)
????{
????????fprintf(stderr,?"%d,?%s?:%s",?__LINE__,?"pthread_create?failed",?strerror(errno));
????????exit(-1);
????}

????struct?sockaddr_in?addr0;
????addr0.sin_family?=?AF_INET;????????????//设置tcp协议族
????addr0.sin_port?=?htons(7000);??????????//设置端口号
????addr0.sin_addr.s_addr?=?inet_addr(IP);?//设置ip地址

????char?name_send[3]?=?{0};
????//发送消息
????while?(1)
????{
????????bzero(name_send,?sizeof(name_send));
????????printf("send?name:");
????????scanf("%s",?name_send);

????????//发送消息时需要绑定对方的ip和端口号
????????ret?=?sendto(cfd,?(void?*)name_send,?sizeof(name_send),?0,?(struct?sockaddr?*)&addr0,?sizeof(addr0));
????????if?(-1?==?ret)
????????{
????????????fprintf(stderr,?"%d,?%s?:%s",?__LINE__,?"accept?failed",?strerror(errno));
????????????exit(-1);
????????}
????}
????return?0;
}

data_process.c 进行端口9001的ip数据的捕获，当接收到ip数据后，绑定广播的ip地址进行数据的收发，这里用的是udp接收大家也可以试试tcp交互。

#include?<stdio.h>
#include?<stdlib.h>
#include?<unistd.h>
#include?<string.h>
#include?<netinet/in.h>
#include?<arpa/inet.h>
#include?<sys/socket.h>
#include?<sys/types.h>
#include?<errno.h>
#include?<pthread.h>
#include?<signal.h>

#define?IP?"127.0.0.1"
#define?PORT?7000
#define?DATA_PORT?9001
//?typedef?uint32_t?in_addr_t;

//?gcc?data_process.c?-o?data_process?-pthread
int?cfd?=?-1,data_fd?=?-1;
uint32_t?receive_ip?=?-1;
void?*receive(void?*pth_arg)
{
????int?ret?=?0;
????char?name_data[3]?=?{0};
????struct?sockaddr_in?addr0?=?{0};
????int?addr0_size?=?sizeof(addr0);
????while?(1)
????{
????????printf("receive:");
????????bzero(name_data,?sizeof(name_data));
????????ret?=?recvfrom(cfd,?name_data,?sizeof(name_data),?0,?(struct?sockaddr?*)&addr0,?&addr0_size);
????????if?(-1?==?ret)
????????{
????????????fprintf(stderr,?"%d,?%s?:%s",?__LINE__,?"recv?failed",?strerror(errno));
????????????exit(-1);
????????}
????????else?if?(ret?>?0)
????????{
????????????printf("nname?=?%s?",?name_data);
????????????printf("ip?%s,port?%d?n",?inet_ntoa(addr0.sin_addr),?ntohs(addr0.sin_port));
????????}
????}
}
void?*data_receive(void?*pth_arg)
{
????int?ret?=?0;
????char?name_data[10]?=?{0};
????struct?sockaddr_in?addr0?=?{0};
????int?addr0_size?=?sizeof(addr0);
????while?(1)
????{
????????bzero(name_data,?sizeof(name_data));
????????ret?=?recvfrom(data_fd,?name_data,?sizeof(name_data),?0,?(struct?sockaddr?*)&addr0,?&addr0_size);
????????if?(-1?==?ret)
????????{
????????????fprintf(stderr,?"%d,?%s?:%s",?__LINE__,?"recv?failed",?strerror(errno));
????????????exit(-1);
????????}
????????else?if?(ret?>?0)
????????{
????????????printf("nname?=?%s?",?name_data);
????????????printf("ip?%s,port?%d?n",?inet_ntoa(addr0.sin_addr),?ntohs(addr0.sin_port));
????????????receive_ip?=?addr0.sin_addr.s_addr;
????????????char?buf[20]?=?{?0?};
????????????inet_ntop(AF_INET,?&receive_ip,?buf,?sizeof(buf));
????????????printf("receive_ip?ip?=?%s?",?buf);
????????????//?printf("receive_ip?ip?=?%s?",?inet_ntop(receive_ip));
????????????break;
????????}
????}
}
int?main()
{
????int?ret?=?-1;
????data_fd?=?socket(AF_INET,?SOCK_DGRAM,?0);
????if?(-1?==?data_fd)
????{
????????fprintf(stderr,?"%d,?%s?:%s",?__LINE__,?"socket?failed",?strerror(errno));
????????exit(-1);
????}

????struct?sockaddr_in?addr;
????addr.sin_family?=?AF_INET;????????????//设置tcp协议族
????addr.sin_port?=?htons(DATA_PORT);??????????//设置端口号
????addr.sin_addr.s_addr?=?inet_addr(IP);?//设置ip地址
????ret?=?bind(data_fd,?(struct?sockaddr?*)&addr,?sizeof(addr));
????if?(-1?==?ret)
????{
????????fprintf(stderr,?"%d,?%s?:%s",?__LINE__,?"bind?failed",?strerror(errno));
????????exit(-1);
????}????
????pthread_t?receive_id;
????ret?=?pthread_create(&receive_id,?NULL,?data_receive,?NULL);
????if?(-1?==?ret)
????{
????????fprintf(stderr,?"%d,?%s?:%s",?__LINE__,?"pthread_create?failed",?strerror(errno));
????????exit(-1);
????}
????pthread_join(receive_id,NULL);

????cfd?=?socket(AF_INET,?SOCK_DGRAM,?0);
????if?(-1?==?cfd)
????{
????????fprintf(stderr,?"%d,?%s?:%s",?__LINE__,?"socket?failed",?strerror(errno));
????????exit(-1);
????}

????struct?sockaddr_in?addr1;
????addr1.sin_family?=?AF_INET;????????????//设置tcp协议族
????addr1.sin_port?=?htons(PORT);??????????//设置端口号
????addr1.sin_addr.s_addr?=?receive_ip;?//设置ip地址
????char?buf[20]?=?{?0?};
????inet_ntop(AF_INET,?&receive_ip,?buf,?sizeof(buf));
????printf("ip?=?%s?",?buf);

????ret?=?bind(cfd,?(struct?sockaddr?*)&addr1,?sizeof(addr1));
????if?(-1?==?ret)
????{
????????fprintf(stderr,?"%d,?%s?:%s",?__LINE__,?"bind?failed",?strerror(errno));
????????exit(-1);
????}

????pthread_t?id;
????ret?=?pthread_create(&id,?NULL,?receive,?NULL);
????if?(-1?==?ret)
????{
????????fprintf(stderr,?"%d,?%s?:%s",?__LINE__,?"pthread_create?failed",?strerror(errno));
????????exit(-1);
????}
????pthread_join(id,NULL);

????struct?sockaddr_in?addr0;
????addr0.sin_family?=?AF_INET;????????????//设置tcp协议族
????addr0.sin_port?=?htons(6000);??????????//设置端口号
????addr0.sin_addr.s_addr?=?inet_addr(IP);?//设置ip地址

????char?name_send[3]?=?{0};
????while?(1)
????{
????????bzero(name_send,?sizeof(name_send));
????????printf("send?name:");
????????scanf("%s",?name_send);

????????ret?=?sendto(cfd,?(void?*)name_send,?sizeof(name_send),?0,?(struct?sockaddr?*)&addr0,?sizeof(addr0));
????????if?(-1?==?ret)
????????{
????????????fprintf(stderr,?"%d,?%s?:%s",?__LINE__,?"accept?failed",?strerror(errno));
????????????exit(-1);
????????}
????}
????return?0;
}

一个终端捕获数据，sudo tcpdump -i lo portrange 5000-8000 -vv -XX -nn,另外两个终端进行数据交互

结语

这就是我自己的一些udp设计思路的分享。如果大家有更好的想法和需求，也欢迎大家加我好友交流分享哈。

作者：良知犹存，白天努力工作，晚上原创公号号主。公众号内容除了技术还有些人生感悟，一个认真输出内容的职场老司机，也是一个技术之外丰富生活的人，摄影、音乐 and 篮球。关注我，与我一起同行。